负载下的三相感应电机

在本章中，我们将解释三相感应电机在负载下的行为。

当我们将机械负载连接到三相感应电机的转子轴上时，它将开始减速，因此旋转磁场（RMF）将以更高的速度切割转子导体。因此，转子导体中的感应电动势和产生的电流将逐渐增加，并产生更大的转矩。这个转矩加速转子，转子和机械负载很快就会达到平衡状态，此时转子转矩和负载转矩相等。一旦达到这种状态，电机的速度停止进一步降低，因此电机将以恒定速率以新的速度运行。

然而，随着负载的增加，三相感应电机的速度下降幅度很小。这是因为其转子电路的阻抗很低，速度的微小下降会产生很大的转子电流。这个增加的转子电流产生更大的转矩来满足电机轴上增加的负载需求。这就是为什么三相感应电机被认为是恒速电机。但是，这些电机永远不会以同步速度运行，因此它们也被称为**异步电机**。

从技术上讲，三相感应电机负载的变化是通过调整滑差（**同步速度和转子速度之差**）来实现的。这意味着，随着电机轴上负载的增加，滑差会略微增加。因此，旋转磁场和转子导体之间的相对速度增加。因此，转子电流增加，产生更大的电机转矩来满足增加的负载需求。

此外，随着机械负载的增加，转子电流的增加方向是为了减小定子的旋转磁通（**根据楞次定律**），从而减小定子绕组中的反电动势。反电动势的减小允许定子电流增加，从而增加感应电机的输入功率。

感应电机中的滑差概念

在三相感应电机中，转子永远无法达到定子旋转磁场的速度（**称为同步速度**）。如果它达到了，那么旋转磁场和转子导体之间就不会有相对运动，转子导体中就不会有感应电动势，因此也就没有转矩来旋转转子。因此，在实践中，感应电机的转子速度总是小于同步速度。这种差异称为**滑差速度**，即

$$\mathrm{\mathrm{滑差速度}\:=\:\mathit{N_{s}-N_{r}}}$$

其中，$\mathit{N_{s}}$是同步速度，$\mathit{N_{r}}$是转子速度。

$$\mathrm{\mathrm{同步速度,}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\mathit{f}}{\mathit{P}}}$$

其中，f是电源频率，P是感应电机中的极对数。

滑差速度与同步速度的比值称为感应电机的**滑差**，即

$$\mathrm{\mathrm{滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}}}$$

此外，

$$\mathrm{\mathrm{滑差百分比,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}}\times 100\%}$$

在实际的三相感应电机中，滑差从空载到满载的变化约为0.1%到3%。

数值示例

一个8极3相感应电机连接到60 Hz电源。如果它以880 RPM的速度运行。计算滑差。

解决方案

给定数据，

• 极对数，P = 8

• 频率，f = 60 Hz

• 转子速度，N_r= 880 RPM

$$\mathrm{\therefore \mathrm{同步速度,}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\times 60}{8}\:=\:900}$$

因此，滑差将为：

$$\mathrm{\mathrm{滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{900-880}{900}\times 100\:=\:2.22\%}$$